普通化学：探索化学的二级学科

在自然科学中，数学、物理学、化学、生物学等被列为一级学科。化学在发展过程中，依照所研究的分子类别和研究手段、目的、任务的不同，派生出五大分支学科，即化学的二级学科。无机化学、有机化学、分析化学、物理化学是化学的四大传统分支学科，早在19 世纪末就已经形成。而到20 世纪40 年代，迅速发展的高分子化学从有机化学中独立出来，成为化学的第五大分支学科。

1.无机化学

无机化学是研究无机物的组成、结构、性质及其变化规律的一门化学分支学科。无机物包括除碳氢化合物及其大多数衍生物之外的所有元素的单质和化合物。此外，简单的含碳化合物，如一氧化碳、碳酸、碳酸盐、氰化物、硫氰化物、碳化物仍是无机化学的讨论内容。

无机化学是化学最早发展起来的一门分支学科。人类早期的化学实践活动（如制陶、冶金、采矿等）大都属于无机化学的范畴，期间许多新元素被陆续发现。19 世纪60 年代，元素周期律的发现，奠定了现代化无机化学的基础，标志着无机化学形成一门独立的化学分支学科。20 世纪20、30 年代，原子结构和分子结构理论的建立和现代测试分析技术的应用，使无机化学的研究由宏观深入到微观，把无机物的性质、反应性与其分子、原子结构联系起来。20 世纪40 年代，原子能工业、半导体材料工业的崛起，人们对有特殊性能的无机材料的需求日益增多，使无机化学又取得了新进展。20 世纪70 年代，随着宇航、能源、催化、生化等领域的出现和发展，使无机化学无论在实践还是在理论方面又有了许多新的突破。当前，一个比较完整、理论化、定量化和微观化的现代无机化学体系迅速地建立了起来。

按照被研究对象的不同，无机化学可以划分为无机材料化学、有机金属化学、普通元素化学、稀有元素化学、配位化学、金属间化合物化学、同位素化学、无机合成化学、生物无机化学、无机高分子化学、物理无机化学、地球化学、宇宙化学等分支。其中，无机材料化学、生物无机化学、有机金属化学是当今无机化学中最为活跃的分支领域。

2.有机化学

有机化学是研究有机化合物的来源、性质、制备、应用及有关理论的一门化学分支学科。有机化合物包括碳氢化合物及其衍生物，它们都含有C 和H 元素，有的还含有O、S、As、N、P、Cl 等非金属元素或Zn、Fe、Cu 等金属元素。因此，也有人把有机化学称为“碳的化学”。有机化合物具有不同于无机化合物的特征，如分子组成复杂、容易燃烧、熔点低（通常低于400℃）、难溶于水、反应速率小和副反应多等。

相当长的一个时期内，人们一直认为有机物只能产生于有生命的动、植物体，因此鲜有学者探索有机物的秘密。直到1828 年，尿素的首次合成成功打破了有机物和无机物的界限，这才促进了有机合成工业的兴起。如今，世界上每年合成的近百万个新化合物中90%以上是有机化合物，这些化合物直接或间接地为人类提供大量的必需品，如各种染料、香料、医药、农药、肥料、炸药、有机光电材料、塑料、合成纤维和合成橡胶等。有机化学一跃成为化学科学研究最多的领域，这不仅因为它与人类生活必需品密切相关，更因为有机化合物是组成生命体的重要部分。有关有机物分子的结构设计、合成和功能的研究对探索生命奥秘、解决医学难题具有非常重要的意义。

在有机化学迅速发展的过程中还产生了不少分支学科，包括有机合成化学、金属有机化学、结构有机化学、天然生成物化学、有机催化化学和生物有机化学等。

3.分析化学

分析化学是研究物质化学组成的分析方法及有关理论的一门化学分支学科，其任务是鉴定物质中含有哪些元素和基团（定性分析），每种成分的数量，物质的纯度（定量分析），以及物质中原子的排列方式（结构分析）。可以说，分析化学是我们认识物质及探索其变化规律的眼睛。

根据测定原理的不同，分析化学的分析方法可分为两大类：第一类分析方法为化学分析法，它以物质的化学反应为基础对物质进行分析，是分析化学的基础，至今已有100 多年历史了。例如，以酸碱中和反应原理为基础的酸碱滴定法就是化学分析法，它利用已知浓度的酸溶液与未知浓度的碱溶液反应，来测量碱在溶液中的含量。第二类分析方法为仪器分析法，它以物质的物理和化学性质为基础，并借助特殊的仪器对物质进行分析。仪器分析法是20 世纪中叶逐渐发展起来的，主要包括原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、紫外-可见分光光度法、红外光谱法、核磁共振波谱法、X 射线荧光分析法、X 射线衍射分析法、分子发光和化学发光法、质谱法、电化学分析法、色谱法、热分析法、激光光谱分析法、电子能谱法等。例如，为鉴定一个有机物分子的结构，可以通过该分子的核磁共振谱来推断其中所含基团的类型和数量。仪器分析法具有快速、灵敏、准确等特点，但在进行仪器分析前，一般要用化学方法对样品进行预处理，并往往用化学分析法的测定结构作为相对标准，因此这两类分析方法是相辅相成的。目前，分析化学正向着更快速、准确、微量和自动化等方向发展。(www.xing528.com)

分析化学的分支学科包括光谱分析、电化学分析、色谱分析和质谱分析等。通过分析化学获得的各种物质的化学信息，也被其他化学分支以及物理学、生物学等学科广泛应用于工农业生产、贸易、环境监测和医学等领域。例如，在工厂里不仅原料和成品需要分析监测，生产过程也要监控；对进出口商品要检验以及对运动员要做兴奋剂检测等。

4.物理化学

物理化学是借助物理测量方法和数学处理方法来探求化学变化基本规律的一门化学分支学科，是整个化学学科的基础理论部分，也是物理学与化学相互渗透的一门学科。

在19 世纪中期，大量的实验事实积累了足够多的经验，化学也需要从经验性的学科上升为具有理论指导的学科。蒸汽机的应用，促进了热力学第一定律与第二定律的建立，将这两个定律与其他物理学理论用于化学，便诞生了物理化学。物理化学包括化学热力学、化学动力学和结构化学3 部分。其中，化学热力学研究化学反应过程的能量变化、方向和限度；化学动力学研究化学反应的速率、机理和化学反应的控制；结构化学研究物质的结构（原子、分子、晶体结构）及其与物质性能之间的关系。

物理化学的基本原理在各个化学分支学科都得到了广泛应用，化学热力学、化学动力学、催化和表面化学的研究成果，更促进了石油炼制、石油化工和材料等工业的发展。例如，对于工业上的合成氨工艺，根据化学热力学提供的信息，就可以利用热、催化剂等手段，设计一个最易操作的最佳流程工艺框架。物理学提供的新技术，如超快速激光光谱技术、分子束技术、X 射线衍射、X 射线光电子能谱等，以及计算机科学成果的引入，大大促进了物理化学的发展。

5.高分子化学

高分子化学是研究高分子化合物的结构、合成方法、反应机理、化学和物理性质，以及其应用的一门化学分支学科。高分子是指分子量为104~106的大分子，一般由许多相同的、简单的结构单元通过共价键（有些以离子键）有规律地重复连接而成，因此又被称为聚合物或高聚物。由于高分子结构单体多为小分子有机物，所以早期高分子化学归属于有机化学范畴。

与化学的其他分支学科相比，高分子化学是一个年轻的学科，至今合成高分子的历史也不超过一百年，但其发展非常迅速。在20 世纪20 年代，德国化学家Standinger 首先提出了高分子的重复链节结构。到20 世纪40 年代，高分子化学已经发展为一支新兴化学学科。橡胶、纤维或塑料等都是高分子合成材料，它们具有易于加工和成本低廉的优点，与天然材料相比，高分子材料不受气候、季节和种植面积的影响，因此非常适合作为天然材料（如棉、麻和天然橡胶等）的替代品。高分子材料还具有弹性好、强度高和耐腐蚀等特点，在日常生活和工业生产中已经得到广泛应用。定向聚合和络合聚合和模板聚合等新聚合方法的出现，使人们能够不断制造出各种特殊性能的高分子材料，如半导体高分子材料、光敏高分子材料、液晶高分子、吸水性纤维、耐热性橡胶和耐高温高强度的塑料等。生物高分子材料也正在迅速发展，如假牙、人造肾和人造血管等都已用于临床。高分子药物的特点是可以停留在人体特定部位，控制排放而延长药性。

化学各分支学科是在深入研究各类物质的性质及其变化规律的过程中逐渐分化出来的，但在探索具体课题时这些分支学科又相互联系、相互渗透。例如，无机物或有机物的合成总是研究（或生产）的起点，并且在研究过程中必定要靠分析化学的测定结果来鉴定合成工作中原料、中间体、生成物的组成和结构，这一切又离不开物理化学的理论指导。

20 世纪中期以后，科学技术的迅猛发展、各学科的交叉融合，促使化学衍生出更多新型分支学科，如生物化学、环境化学、农业化学、药物化学、材料化学、放射化学、激光化学、计算化学和星际化学等。对化学进行分类，实际上反映了化学发展的特点和一般趋势，它对制定科研规划、教育和培养人才，以及开展化学前沿工作等都有重要的意义。